城市污水處理化學除磷藥劑的應用

張端鑫

（廈門水務中環污水處理有限公司，福建廈門 361000）

目前，廢水除磷脫氨中的殺菌技術可分為化學處理和生物處理。與生物處理相比，化學除磷仍有一定優勢。雖然生物脫硫法中沒有黑色添加劑，且投資相對較小，產生的污泥量也較小，但生物處理法的實際應用也顯示出許多缺點，如過分依賴廢水成分，以及受有機化合物的質和量的影響。另外，處理后的廢水靈活性和穩定性差，必須采用化學處理，從而使廢水得到有效處理。

1 城市污水處理現狀

我國的污水在城市化進程中逐漸增加，對于污水的處理至關重要。化學反應除磷的完成離不開化學沉淀，其主要形成過程如下：在城市污水中加入金屬鹽，與污水或污泥中的可溶性磷酸鹽充分混合，形成不溶性物質從污水中分離出來，從而使污水中磷得到更好的處理。污泥中的某些微生物在好氧狀態下會吸收大量的磷，兩者反應使磷組分轉化為活性污泥組分，與活性污泥一起沉淀，從而實現污水的除磷。隨著城市污水處理相關指標（TPs0.5mg/L）的提高，僅靠生物或化學除磷無法使污水達到排放的標準。因此，把化學反應除磷技術與生物溶解除磷技術更好地利用非常重要，如何提高工作效率、提升除磷標準，已經成為城市污水除磷系統的一個研究課題。通過對發達國家污水處理廠處理數據的分析和研究，發現在污水處理中，在一級或二級階段加入化學試劑，可以有效降低污水磷含量。在現階段大多數城市污水處理廠存在進水碳源不足的問題，最好采用化學反應除磷技術來強化生物除磷的輔助功能。

2 化學除磷的基本原理

化學除磷的原理是在污水處理過程中加入金屬鹽等物質，去除污水中的磷酸鹽。可以采用的辦法有許多，其中，過濾分離或沉淀分離的方法最為有效。加入化學藥劑后，磷酸鹽和金屬離子會迅速結合，形成磷酸鹽化合物，這些化合物的溶解度較低，所以會生成沉淀。此外，在化學除磷的過程中還有著一些重要的步驟，如沉淀、絮凝、混凝和固液混凝。最終目標是將磷酸鹽的性質從液相轉變為固相。在這個過程中，縮合和沉淀反應非常快，甚至可以認為是同時發生的。當冷凝發生時，將產生主要顆粒，而虛擬鏈將形成更大的顆粒，即傳統顆粒，這有利于固液分離。由上可見，化學除磷的效果與絮凝、沉淀直接相關，同樣也離不開化學藥劑的酸堿度和藥劑種類，除磷過程對絮凝過程也有巨大的影響。綜上所述，想使化學除磷效果達到最大化，就要注意除磷工藝的選擇、除硫劑的應用以及環境酸堿度的影響，并充分做好控制工作。

3 廢水除磷工藝的分類和特點概述

廢水除磷過程可分為兩種形式：生物除磷和化學除磷。生物除磷不需要投入任何化學藥劑，降低了成本消耗和污泥產量，降低了化學污染的可能性，但是過度依賴廢水成分限制了生物除磷工藝的效果，使得除磷的穩定性和靈活性明顯不足，因此容易造成廢水的二次污染，難以達到我國的廢水排放標準。而化學除磷工藝應用廣泛，效果明顯，是目前我國污水處理的主要方法。

4 化學除磷的反應機理以及反應特性

4.1 反應機理

化學除磷的反應機理是在污水處理過程中加入金屬鹽等除磷劑，形成不溶性磷酸鹽或多磷酸鹽沉淀產物，然后通過沉淀分離或過濾分離去除污水中的磷酸鹽。添加藥物后，首先金屬離子和磷酸鹽的快速結合將形成低溶解度的磷酸鹽化合物；然后在流速梯度或混合擴散過程的作用下相互融合，生成大顆粒絮體；最后，絮體通過沉淀分離或過濾分離將水體分離成凈化后的廢水和化學污泥，從而進行化學除磷。因此，化學除磷過程包括四個步驟：沉淀、混凝、絮凝和固液分離。在這個過程中，沉淀和凝結具有較快的反應，其發生也極其迅速，同時凝結過程中形成了主要顆粒，它們相互結合形成較大的絮凝物顆粒，用于沉淀或固液分離。從以上分析可以看出，化學除磷效率與沉淀和絮凝直接相關，沉淀、混凝與磷酸鹽化合物、化學除磷劑、酸堿度等因素相關，絮凝過程與除磷工藝也有一定的關系。想要化學除磷得到更好的利用，有必要使用化學除磷劑、并去除反應環境的酸堿度。

4.2 反應特性

根據以往化學處理劑的數據，廢水處理是基于酸堿度和含磷化合物的影響，大多數化學處理會選擇金屬鹽類試劑進行反應，使含磷化合物能夠被有效取代，成為沉淀物，與水資源隔離，同時，水體的酸堿度可以得到適當的調節，以保證水資源的質量。絮凝可以將沉積物與水分離，降低含磷化合物和置換金屬隨水流進入外部環境的概率，從而達到化學除磷的基本目的。在分析化學除磷劑的反應特性的過程中，可分為以下步驟：首先，在將化學品投入污水資源的過程中，沉淀和凝結反應會同時發生，從而使化學顆粒在短時間內發生反應，含磷化合物和金屬顆粒會迅速沉淀并凝結成大顆粒。其次，在絮凝過程中，可以通過將水質環境結合成絮體結構來阻擋大顆粒，從而避免污水中的摻雜物被排放到外部生態環境中。最后，利用含磷化合物和金屬元素質量特性，實現固液分離的要求，使污染物在坑內積累，使污水排放后，污染物能夠得到獨立、更有效的凈化。

5 脫氧除磷工藝

城市污水包括氮、磷、化學需氧量、生化需氧量和其他物質。污水處理的具體過程也分為一級處理、二級處理和三級處理。一級處理主要是預處理階段，二級處理是物理和化學處理方法，也就是脫氧和除磷技術，這是污水處理不可缺少的部分。三級處理是對有毒有害無機物的處理。活性污泥是城市廢水生物處理中使用次數較多的技術。活性污泥和廢水在相互作用下，可以讓廢水中的有機物在曝氣的作用下進行分解，從而使生物固體分離，大部分廢水可以流回曝氣池，最終實現活性污泥的吸附、維持和凝聚，去除廢水中的污染物。曝氣池和回流供氧系統二沉池是活性污泥脫氧脫磷工藝處理裝置必不可少的部分，其可以對曝氣池中活性污泥的濃度進行很好的控制。采用活性污泥法處理，需要設置缺氧池和厭氧池，即脫硝處理，以保證除磷的正常有效開展，節約成本，提高效率。

6 影響化學除磷過程的要素

6.1 磷濃度

在同等出水水質要求的基礎上，污水中的磷含量與化學藥劑的利用率具有一定的比例關系。隨著污水中磷含量的增加，化學藥劑的利用率也會得到最大限度地提高。相反，當污水中的磷含量降低時，化學藥劑的利用率也降低，兩者相互依賴。

6.2 酸堿度

酸堿度是污水處理技術中的一個重要因素。當酸堿度約為8.0時，應使用鐵鹽進行化學沉淀去除磷；當酸堿度在5.0～8.0時，應使用鋁鹽通過化學沉淀去除磷。

6.3 堿度

堿度是化學除磷中一個重要影響要素。在除磷過程中采用了石灰，污水的堿度對石灰的用量具有重大的影響。當磷含量較低時，碳酸鹽競爭會對污水堿度產生不良影響，使其堿度增加。該過程主要在實驗室中進行，以便獲得相應的一氧化碳信息和數據。

7 化學除磷劑在污水處理過程中的應用

7.1 鋁鹽化學除磷劑

聚合氯化鋁、硫酸鋁、氯化鋁等是重要的鋁鹽化學除磷劑。三價鋁鹽在處理過程中主要用于兩個方面：第一，三價鋁離子的水解反應將產生具有較大比表面積和較高正電荷的單核羥基絡合物；第二，三價鋁離子與污水中的磷酸根反應生成沉淀，最終生成沉淀化合物。實際反應和金屬磷酸鹽的溶解度都容易受到酸堿度的影響，最佳酸堿度為5.8～6.9。需要注意的是，在處理污水的過程中采用鋁鹽處理劑，將會導致污水中的鋁含量增多，這可能會使水中的鋁鹽不符合要求，因此對于鋁鹽的加入量要合理使用。

7.2 鐵鹽化學除磷劑

硫酸亞鐵、氯化鐵、氯化鐵和聚合氯化鐵都是主要的鐵鹽除磷劑。鐵鹽和鋁鹽除磷反應的機理相同，除此之外，鐵鹽和鋁鹽將經歷劇烈的水解和各種聚合反應以吸附水中的磷。鐵鹽除磷需要較高的酸堿度，而污水處理廠的酸堿度通常低于7.5。此外，Fe3（PO4）2在水中遠遠不如FePO4穩定，從而導致亞鐵鹽在廢水除磷中無法更好的發揮效用。鐵鹽與磷酸鹽反應可生成沉淀，然而，其具有出水、濁度和色度高、對出水的酸堿度影響大、運輸和儲存困難等缺點。此外，鐵對藻類生長具有重大的影響，這導致其無法得到更好運用。

7.3 復合新型除磷劑

復合新型除磷劑主要有聚合氯化鋁鐵（PAFC）、聚合氯化鋁（PAC）、聚合氯化鐵（PFC）、聚合硫酸鐵（PFS）、聚合硫酸鐵（PFCS）、聚合硫酸鋁鐵（PAFCS）、聚合硫酸鋁鐵（PFAS）和改性硅藻土。良好的電荷中和和吸附架橋作用是這些新型除磷劑差不多都具備的。復合新型除磷劑的混凝性能好，絮體形成快，密度高，質量好，沉降性能優異，沉降后的污泥具有良好的脫水性，不會再一次產生污染，能更好地應用于較寬的水體酸堿度范圍。其生產工藝不復雜而且原料更容易尋找，其生產成本相對低。其中，PAFC 因結合了鋁鹽和鐵鹽的優點，如化學反應速度快、有大量絮體生成、沉降速度快、過濾性好，在污水處理廠得到廣泛應用。因此，PAFC 可以克服鋁鹽絮體形成緩慢、輕絮體、沉淀緩慢，鐵鹽除磷的缺點，其同樣也具有缺點，比如出水濁度、色度高。改性硅藻土是在現階段得到了廣泛應用的化學除磷劑，其成分包括硅藻土、PAC 和石灰，其中PAC 和石灰能與PO 反應生成AIPO4和CaS（PO4）3OH 等沉淀物。同時，硅藻土具有吸附、混凝、過濾、共沉淀等優勢。并能充分接觸和去除水中的PO2，因此除磷效果更穩定，且出水TP 變化較小。

從以上分析可以看出，聚合氯化鋁鐵與以上系列鐵鹽、鋁鹽脫磷劑組合的復合新型脫磷劑具有優勢，其應用范圍廣闊，脫磷的技術和效果好，對污水處理系統影響不大，在其日后的發展中具有良好的發展前景。

8 結語

污水處理在我國發展中至關重要。近年來，工業生產的速度一直在加快，工業生產過程中有大量的污水無法避免，而且污水中含有大量的磷，如果不把污水處理好就排到河流中，會對河流中的水體造成不可避免的污染，并導致水中藻類的異常繁殖。因此，要減少污水中磷的濃度，把我國的污水處理事業推向一個新的水平，從而提高人民的生活水平與環境，促進我國可持續發展。